автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка технологии очистки шерстяного волокна с использованием ультразвука

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 677.842.4:677.862

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ВОВНЯНОГО ВОЛОКНА 13 ЗАСТОСУВАННЯМ УЛЬТРАЗВУКУ

05.19.03-технологія текстильних матеріалів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ХЕРСОН-2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сарібеков Георгій

Савіч, Херсонський державний технічніш університет, завідувач кафедри хімічної технології волокнистих матеріалів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Якимчук Радій Палладійович, Херсонській державний технічний університет; завідувач кафедри прядіння натуральних та хімічних волокон,

кандидат хімічних наук, доцент Тарасова Галина Іванівна, Технологічний університет Поділля (м. Хмельницький), доцент кафедри хімічкоі технології.

Провідна установа: Київський державний університет технології та дизайну, кафедра технології переробки полімерів та опоряджувального виробництва Міністерства освіти України, м. Київ.

Захист відбудеться "/^" 2000 р. о годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради тД 67.052.02 при Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного технічного університету (73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24).

Автореферат розісланий "{0'\ЩСЛ)М^ОШіЧ Р-

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради Сумська О.П

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуяльиість теми. Україна могла б мати у своєму розпорядженні необмежені ресурси високоякісної овечої вовни, наприклад, асканійської породи. Асканійскій породі належить світовий рекорд по постригу вовни -30,6 кг на рік. Проте в даний час фабрики первинної обробки вовни (ПОВ) знаходяться у важкому становищі. Тільки за 1999 р. в Україні випуск вовни на підприємствах ПОВ скорочено на три чверті в порівнянні з 1998 р. Матеріально-технічна база підприємств ПОВ настільки відстає у своєму розвитку, що частка ручної праці складає 43 %. Це обумовлено, насамперед, недосконалістю традиційних технологій та обладнання, що застосовуються, особливо в області очищення вовни. Від ефективності виконання саме цієї технологічної операції у найбільшій мірі залежать собівартість і якість вовняної продукції.

Традиційні засоби очищення вовни дорогі, неефективні, екологічно небезпечні та значно погіршують якість вовни. Очевидна необхідність пошуку й розробки методів очищення вовни, що не мають цих недоліків. Однією з таких технологій є очищення за допомогою ультразвук}'.

Ультразвукове очищення - технологічний процес, в основі миючої дії якого лежить явище кавітації, знайшов широке застосування у сфері виробництва. Особлива перевага ультразвукового очищення полягає у високій продуктивності при низьких енерго- та трудовитратах, скороченні витрат миючих речовин і кількості стічних вод.

Актуальність теми полягає в інтенсифікації процесу очищення вовняного волокна ультразвуком (ОВУЗ), що дозволяє комплексно вирішити ряд економічних, технічних і технологічних проблем виробництва ПОВ.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає напрямку "Розробка ресурсозберігаючих технологій опоряджування текстильних матеріалів" та завданням, які викладено у Державній програмі розвитку легкої промисловості України на період до 2000 року, затвердженій Кабінетом міністрів України (КМУ) 29.01.1996 р. №147, а також програми реформування економіки та соціально-економічного розвитку Херсонської області на період до 2001 року "Технологічне переозброєння базових галузей у напрямі зменшення рівнів ресурсо- та енерговитрат", що розроблена згідно з дорученням КМУ від 20.06.1998 р., №10166175 на підставі концепції стабілізації й

реформування економіки Херсонської області у відповідності до Програші "Україна 2010" та Державної програми соціально-економічного розвитку

Українського Причорномор'я, яка затверджена рішенням VIII сесії обласно Ради народних депутатів ХХШ скликання від 8.04.1999 р., №806.

Особистий внесок здобувана полягає у розробці екологічно чистої ресурсо- та енергозберігаючої технології очищення вовни із застосуванняд ультразвуку.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є інтенсифікації процесу очищення вовни шляхом створення ресурсозберігаючої технології і: застосуванням ультразвуку, яка дозволяє зберегти первину якість волокна

Для досягнення поставленої мети вирішені наступні задачі дослідження впливу вовномийних середовищ на ерозійну активність (ЕА' кавітації; дослідження впливу вовномийних середовищ на швидкісп затухання (ШЗ) ультразвуку в процесі очищення вовни; встановлені« можливості скорочення витрат електроенергії, часу очищення, витрат воді і миючих речовин, у процесі 0ВУЗ шляхом дії магнітних полів активуючих добавок, віджиму попередньо замоченої вовни; збережені« вихідних міцносгаих властивостей вовняного волокна.

Об'єкт дослідження - процес очищення вовни.

Предмет дослідження - розробка технології очищення вовни ІШІЯХОЛ застосування ультразвуку.

Методи дослідження. Задачі, поставлені в роботі, вирішені с використанням теоретичних та експериментальних методів.

Фізико-механічні властивості вовняного волокна, водневий показні» і шпочу здатність поверхнево-активних речовім (ПАР) оцінювала відаовідно до чинних Дєржставдартів. Аналіз іх поверхневого натягу здійснювали сталагмометричним методом і методом відриву кільця. Аналії інтенсивності ультразвукового поля в рідині здійснювали калориметричні» методом. ЕА кавітації оцінювали по зменшенню маси алюмінієвих зразкії після ультразвукової обробки.

Результати експериментів обробляли за допомогою методи математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів:

- запропоновано механізм впливу ультразвуку на процес видаленш забруднень із вовни;

- вперше обгрунтовано критерій інтенсивності процесу ОВУЗ, ще дозволяє визначати технологічно оптимальні значення ЕА кавітації і Ш: ультразвуку у вовномийному середовищі; відношення маси оброблювано; вовни до потужності ультразвукових хвиль.

- створено рівняння, що дозволяють визначати ступень очшценш собівартість в залежності від технологічних параметрів процесу' ОВУЗ.

з

Практичне значення одержаних результатів:

- створено технологію ОВУЗ, яка дозволяє інтенсифікувати процес очищення, а також зберігати міцність вовни.

- запропоновано миючі композиції, що дозволяють знизити витрати ПАР на 28,3 %;

- проведено з позитивним результатом виробничі випробування

технології ОВУЗ за участю слідуючих підприємств: ВАТ "Волжская

шерстопрядильная фабрика", TOB "Инвар", Ярославської регіональної громадської організації "Информационно-внедренческий центр", ТОВ "Ярославская фабрика валяной обуви", ВАТ "-Ярославский завод топливной аппаратуры''. Економічний ефект становить 151,5 грн. на 1000 кг митої вовни.

Особистий внесок:. Особистий внесок здобувача полягає у постановці й обґрунтуванні задач дослідження; проведенні експериментальних досліджень, їх аналізі і узагальненні, математичній обробці експериментальних даних. формулюванні висновків; розробці екологічно чистої, конкурентоспроможної, ресурсозберігаючої технології очищення вовни; розробці рекомендацій по цілеспрямованому підбору миючих речовин і активуючих добавок, а також методів інтенсифікації процесу ОВУЗ.

Апробація результатів. Головні положення дисертації були заслухані й обговорені:

• на наукових семінарах кафедри хімічної технології волокнистих матеріалів Херсонського державного технічного університету, 1997, 1998 років;

• на Всеукраїнській науково-технічній конференції "Проблеми легкої і текстильної промисловості на порозі нового століття", Херсон, 1999 р.;

• на міжкафедральному науковому семінарі Херсонського державного технічного університету, 2000 р.

Публікації по темі дисертаційної роботи включають 7 найменувань, у тому числі статей у збірниках наукових праць і науковігх журналах - б, тез доповідей на конференціях - 1.

У роботах, виконаних у співавторстві, здобувачу належить теоретичне обгрунтування і розробка режиму ультразвукового очищення вовни [2,3,5,7], вивчення параметрів і властивостей мериносової тонкої вовни асканійської породи й аналіз існуючих методів очищення вовни [1], розробка миючих сполук для промивання вовни [4], дослідження ШЗ ультразвуку та ЕА кавітації у вовноміїючому середовищі [5,6,7].

Структура й обсяг робото. Дисертаційна робота складається з вступу, трьох розділів, висновку, списку використаних джерел, додатків. Дисертація містить 135 сторінок машинописного тексту, 28 таблиць, 32 рисунки, 144 найменування бібліографічних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, показані наукова новизна і практичне значення роботи

У першому розділі проведено аналітичний огляд досліджень, пов'язаних із застосуванням технології очищення вовни в текстильній промисловості. Розглянуто структуру й основні задачі виробництва ПОВ; теоретичні основи і механізми процесу очищення вовняного волокна; критерії оцінки і вибору ПАР.

Аналізуються можливості і недоліки традиційних технології! очищення вовняного волокна миючими речовинами у водному середовищі, органічними розчинниками. Показано, що технології, які застосовуються, екологічно небезпечні, дорогі, неефективні і приводять до зниження якості вовни. У зв'язку з ци>,! робиться висновок про доцільність розробки технології очищення вовняного волокна, яка дозволяє виключити або зменшити перераховані недоліки. Однією з таких технологій є очищення вовни за допомогою ультразвуку.

Наприкінці розділу на основі проведеного аналізу зроблений вибір напрямку досліджень.

У другому розділі приведено характеристику матеріалів і устаткування, які використавшійся у роботі, методики дослідження, аналіз, опрацювання результатів експериментів.

У роботі використовували ультразвукові очисні ванни: Шіііа Шіта Оігііп иМ-4, УЗУ-0,25, Крисгалл-15. Дослідження технології ОВУЗ

проводили на тшно-прохідному агрегаті МШ, призначеному для промивання овечої вовни з використанням стержневих магнітострикційних перетворювачів АПУ-0,2М. Тріпання, транспортування і сушіння вовни здійснювати на машинах 2БТ-150-Ш, а-34, ЛС-8-Ш, відповідно.

Омагнічування води проводили за допомогою апарату ПМУ-3.

Вивчено показники якості вовняного волокна, миючих препаратів, ефективності процесу ОВУЗ.

Підготовку текстильного матеріалу, аналіз довжини, лінійної щільності, вологості, розривного навантаження, вмісту забруднень, водневий показник і миючу здатність ПАР оцінювали відповідно до чинних Держстандартів. . Визначення піноутворюючої здатності ПАР проводили на приладі Росс-Майлса.

Поверхневий натяг вимірювали сталагмометричним методом і методом відриву кільця.

Інтенсивність ультразвукового поля (І, Вт/см2) у водному середовищі вимірювали калориметричним методом.

1113 ультразвуку знаходили з відношення значень інтенсивності в крашгі їх вовномийного середовища до вихідної інтенсивності випромінювання (1-ІхЛ, %).

ЕА кавітації оцінювали по зменшенню маси атюмінієвих зразків після обробки ультразвуком у воді.

Результати експериментів обробляли методами математичної статистики у середовищі Microsoft Excel (OFFICE, 1997 p.).

У третьому розділі, що складається з б-ти підрозділів, представлена експериментальна частина роботи.

У підрозділі 3.1. вивчено вплив компонентів вовномийного середовища на ШЗ ультразвукових хвиль і ЕА кавітації.

Немита вовна, яка внаслідок різниці в породі овець, та умов їх утримання, має різну ступень забруднень, очищується за допомогою різноманітних по концентрації і хімічній будові миючих речовин, що, у свою чергу, вшіиває на поглинання ультразвукової енергії.

У зв'язку з цим, вивчені значення ШЗ ультразвукового випромінювання й ЕА кавітації у воді, при різних співвідношеннях маси вовняного волокна до потужності ультразвуку (Р=1,5-7,5 кг/кВт-год.); у суспензії мінеральних забруднень (50 г/л) та емульсії вовняного жиру (20 г/л); у розчині морської солі (МРС, 12 г/л); у розчині ПАР (неонол АФ<>-10, 1 г/л); у мильно-содовому розчині: мило (2 г/л) + кальцинована сода (4 г/л), (рис.1, рис.2).

Р, и/кВт-год.

Рис.1. Залежність ЕА кавітації і ШЗ ультразвуку від відношення Р маси вовняного волокна до потужності випромінювання

Рис.2. Ерозія алюмінієвих зразків у воді на відстані 40 мм від випромінювача (1=0,6 Вт/см2):

ї.мило (2 г/л)+-кальцинована сода (4 г/л);

2. Р=І,5 кг/кВт-юд.;

3. Р=3 кг/кВт-год.;

4. Р=4,5 кг/кВт-год.;

5. Р=7,5 кг/кВт-год.;

6. емульсія вовняного жиру (20 г/л),

7. сусяеизія мінеральних забруднень вовни (50 г/л);

8. розчин морської солі (12 г/л);

9. розчин неонол А.Фэ-10 (1 г/я).

Встановлено, що зі збільшенням Р ЕА кавітації знижується і при досягненні значення Р-7,5 кг/кВт-год. - не спостерігається (рис. 2.2-2.5). Це обумовлено досягненням порогу інтенсивності, при якому кавітація не розвивається.

При цьому існує технологічно оптимальне значення Popt, що знаходиться в межах 3-4 кг/кВт-год. і відповідає точці перетину графиав ЕА кавітації і ШЗ ультразвуку (рис. 1), у якому ЕА кавітації досить ефективна, а поглинання ультразвуку - значне.

Незважаючи на те, що мінеральні забруднення, в порівнянні з жировими, більше поглинають акустичну енергію, вони сприяють збільшенню ЕА кавітації (43 %) Це, на наш погляд, пов'язано з тим, що ці частиш мають абразивні властивості.

Показано доцільність проведеній ОВУЗ із використанням ПАР, що характеризуються незначним акустичним поглинанням, тоді як використання мильно-содового розчину, що володіє високим поглинанням (44%), внаслідок додаткових витрат енергії на внутримолєкулярні перетворення, являється неекономічним.

Незважаючи на деяке підвищення поглинання ультразвуку у розчині MPC, ЕА кавітації зростає на 33%, внаслідок чого ультразвукове очищення вовни доцільно проводити в морській воді: іони MPC створюють більш компактну структуру води, молекули якої орієнтовані в електричному полі кожного іона.

У підрозділі 3.2 досліджено вплив технологічних параметрів на якість і собівартість процесу ОВУЗ.

Експериментальні дослідження впливу інтенсивності ультразвуку на ступінь очищення вовняного волокна проведені на ультразвуковому устаткуванні різноманітної потужності, показали, що збільшення інтенсивності випромінюванім до 2 Вт/см2 не впливає на ефективність очишення, тоді як при підвищенні інтенсивності ультразвуку до 4 Вт/см2 обумовлює зниження якості очищення (рис.З).

Це обумовлено великим поглинанням і екрануванням ультразвукової енергії щільною хмарою кавітації, що утворюється над випромінюючою поверхнею (рис. 4).

Цей фаюг, у свою чергу, обумовлює збільшення витрати води: відповідно знижується рівень диспергування мінеральних і жирових забруднень вовняного волокна, внаслідок чого водяний розчин ПАР утрачає миючу здатність при менших концентраціях забруднень (рис.5).

Вивчено питання оптимізації процесу ОВУЗ. Основними критеріями оцінки ефективності очищення були: коефіцієнт очищення Ko, умовно виражений у відсоткам і який представляє відношення маси видалених до

маси початкових забруднень, а також величина собівартості процесу З, гри.

Я

ї. Вт/ем

І, Вт/см

І.ВтЛм

Рнс.З. Валив інтенсивності ультразвуку па ступінь очищення новіш (Ко), ШЗ ультразвуку (І-Іх/1), витрати водн (Ов):

1. Модуль вашш 10;

2. Модуль затаї 50,

3. Модуль яашш 90.

Ступінь очищення вовни Ко вивчано в залежності від п'яти факторів: температури миючого розчину (1=15-75 °С), модуля вашій (М=10-90), концентрації ПАР (С=0-1 г/л), відношення маси волокна до потужності ультразвуку (Р=І,5-7,5 кг/кВт-год.), часу озвучування (т =10-30 с.). Задача була вирішена за допомогою повного факторного планування експерименту типу 25.

На основі експериментальних даних отримано слідуюче рівняння регресії:

Ко = 29,783 + 0,6581 + 21^340-3,298Р + 0,34г + 0,077М (1)

Величину собівартості процесу ОВУЗ 3 вивчено також у залежності від п'яти факторів: інтенсивнісгі ультразвуку (1=0,6-4 Вт/см2), температури миючого розчину (1=15-75 °С), модуля ванни (М=10-90), концентрації ПАР (С=0-1 г/л), відношення маси волокна до потужності ультразвуку (Р=1,5-7,5 ет/кВт-год.).

На підставі експериментальних і літературних даних для 3 отримано наступне рівняння:

З = (4,5 + М3/5(Р.І).(6 Л + 0,15А і) + 136,06с11" + 247,27/Р (2)

Аналіз отриманих моделей показав, що всі вхідні чинники істотно впливають на процес ОВУЗ; якісне очищення (Ко=99 ?/о) при низької собівартості може бути досягнуте при такій умовах: М=50, С = 1 г/л, Р = 4 кг/кВт-год., 1 = 75 °С, т = 25 с. ІІри цьому витрати води скорочуються на 73%.

На основі проведених досліджень, нами запропоновано механізм ОВУЗ. При проведенні очищення немає необхідності у витратах

ультразвукової енергії на повне руйнування зв'язків між частками

забруднень і волокном, які мають слабку взаємодію. У цьому випадку,

очевидно, міцність зв'язку забруднень із поверхнею, що очищається, знижується за рахунок напружень, що виникають у гнучко-коливному волокні. Для повного руйнування цих зв'язків досить короткочасного

впливу кавітації й інтенсивних акустичних плинів. Видаленню забруднень також сприяє набряк волокна і миюча дія ПАР.

Підвищення температури до 75 °С збільшує хімічну активність миючої рідини; одночасно в'язкість і поверхневий натяг знижуються, що приводить до збільшення ерозійної активності рідини і ефективності кавітаційного руйнування поверхневих плівок у звуковому полі. Найбільший ефект кавітаційного руйнування для води спостерігався в інтервалі температур 55-74 °С, що пояснює ефективність знайденого температурного значення. Крім того, при температурі понад 37 °С вовняний жир розм'якшується і плавиться.

Підвищення концентрації ПАР сприяє зниженню значення поверхневого натягу, що, у свою чергу, знижує роботу утворення кавітаційних каверн, і збільшує миючий ефект, але обумовлює збільшення ціноутворення, що викликає зростання акустичного розсіювання і поглинання, внаслідок чого підвищення концентрації ПАР понад 1 г/л не доцільно.

У підрозділі 3,3 вивчено вплив різноманітних умов очищення на міцність вовняного волокна

Найважливішим критерієм ефективності способу очищення вовняного волокна є здатність зберігати цінні природні властивості вовняного волокна. Проведене дослідження впливу миючих середовищ на ступінь набрякання вовняного волокна показує обернену залежність міцності від зміни діаметру вовняного волокна, хцо обумовлено ослабленням сольових зв'язків макромолекул кератину внаслідок гідролізу.

У ході проведеного мікроскопічного аналізу встановлено, що в процесі очищення вовни ультразвуком і ПАР у нейтральному середовищі, поверхневий шар волокна не піддається руйнуванню, тоді як при

промиванні мшіьно-содозим розчином спостерігається деструкція лусочок вовни (рис.4).

На фотознімках волокна, промитого традиційними способами, спостерігаються часточки забруднення, що свідчить про низьку' якість очищення.

а) б) в)

Рис.4. Вовняне волокно після очищення:

а) ультразвуком, б) розчином ПАР, в) мильно-содовим розчином (збільшено в 800 разів).

Оцінка показників міцності вовняного волокна, очищеного ультразвуком, здійснювало в порівнянні з показниками вовняного волокна, очищеного традиційними способами, такими, як миття мильно-содовим розчином, у розчині ПАР, у розчині ПАР із MPC, а також при замочуванні вовняного ватокна на 10 годин у прісній та морській воді.

У ході досдідженкь встановлено, що при замочуванні вовни міцність волокна знижується на 0,7 сН у прісній воді, і на 0,6 сН - у морській. При промиванні вовни в розчині ПАР і в розчині ПАР із MPC, міцність волокна знижується на 1 і 0,6 сН відповідно.

При промиванні вовни в мильно-содовому розчині, міцність волокна знижується на 2,1 сН, що свідчить про руйнацію поліпептидних ланцюгів макромолекул кератин}' вовни.

Слід зазначити позитивніш вплив добавок MPC: добавка MPC меншус набрякання волокна, тому що катіони MPC сорбуються волокном овии, збільшуючи електронегативність волокна, що сприяє зниженню (»міру дифузійного шару і не дає волокну набрякати, сприяючи береженню міцності та зменшенню звалювання.

У процесі ОВУЗ волокно вовни ке втрачає міцність, тому що находиться у водному середовищі з умовою попереднього замочування не >ільше 1 хвилини, що обумовлює незначне набрякання вовняного волокна виключає його звалювання.

У підрозділі 3.4 досліджено шляхи інтенсифікації процесу ОВУЗ.

Основу миючої дії ультразвуку' становлять кавітація й акустичні ечії. Інтенсифікація процесу ОВУЗ можлива в напрямку підвищення .іиючої здатності розчину, інтенсивності кавітації, акустичних течій,

¡меншення значення акустичного поглинання вовномийного середовища, іа основі проведеного аналізу існуючих методів очіицення, було вивчено цілив таких інтенсифікуючих чинників на процес ОВУЗ, як очищення ниючими композиціями, омагнічування водних середовищ, попереднє ¡амочування з наступним віджимом, упорскування концентрованого

зозчину ПАР у зону очищення.

Досліджено вплив властивостей ПАР і миючих композицій на гфективиісгь видалення забруднень вовни. Використания миючих речовин у процесі очищення вовняного волокна необхідне і є важливою проблемою у виробництві ПОВ. Від ефективності миючого засобу залокить не тільки якість, але і собівартість митої вовни. Основними критеріями ефективності ПАР є показники миючої, змочуючої, піноутворюючої здатностей а також здатності знижувати поверхневий натяг води.

Дослідження властивостей індивідуальних ПАР показало, що найкращі показники з досліджуваних аніоноактивних препаратів має сульфонат натрію (СФН, (С„}І2„ч СтНгпмі jCHSOiNa, n+m=ll-17), із

неіоногенних препаратів - неонол АФ9-8,-10,-12, що обумовлено оптимальним ступенем оксиетшування. Дані речовини мають мату піноутворюючу здатність, що обумовлює менші втрати ультразвукової енергії.

Досліджено миючі властивості композиції сульфонаяу натрію з неонолами A<tv8,-10,-12. Встановлено, що суміші неіоногенних і аніонактивних ПАР в співвідношенні 1:10, відповідно, мають більш високі показники миючої здатності, ніж розчини індивідуальних препаратів. Проте значно більший миючий ефект спостерігається при доданні до розчинів ПАР MPC. При цьому знижується поверхневий натяг розчину а також

витрати ПАР на 28,3 %. Максимачьний миючий ефект досягається при концентрації MPC 12 г/л, подальше підвищення концентрації не збільшує миючої здатності ПАР.

У такий спосіб показана доцільність використання в процесі очищення вовняного волокна суміші сульфоиата натрію (0,9 г/л) і неонолу АФ9 із ступенем оксиетилування 8, 10, 12 (0,09 г/л), розчиненої у морській воді. Україна має у своєму розпорядженні необмежені запаси морської води (Смрс=10-20 г/л). ідо є готовим, дешевим і ефективним активізагором міпочої дії ПАР.

Інтенсифікуюча дія магнітного поля в процесі ОВУЗ досягається за рахунок переміщення під дією сил Лоренца кавітаційних пухирців, які несуть на своїй поверхні надлишковий негативний заряд, що сприяє збільшенню області кавітації на 15-20 % (рис. 5), а також продуктивності процесу ОВУЗ (Pcpt~1,5 кг/кВт-год )

5? о?

< g"

« а

Р, кг/кВт-год.

Рис.5. Вплив магнітної обробки на ЕА кавітації і ШЗ ультразвуку у залежності віч відношення Р маси волокна до потужності випромінювання (Н=3000Е)

При попередньому замочуванні вовни з наступним віджимом відрив частинок відбувається за рахунок сил ультразвукового поля і розклинюючих сил, що виникають при проникненні миючої рідини в міжмолекулярні простори забруднень.

Інтенсифікуюча дія впорскування концентрованого миючого розчину в зону очищення обумовлена поліпшенням змочування вовняного волокна розчином ПАР, який під дією акустичних течій проходить через товщу немитого волокна і витрачається, не досягаючи поверхні миючої рідини у ванні, що обумовлює значне зменшення піноутворення а отже і поглинання ультразвукової енергії вовномийним середовищем.

Проведені дослідження дозволили моделювати умови інтенсифікації процесу ОВУЗ. Основним критерієм оцінки ефективності умов інтенсифікації ОВУЗ було значення відношення витраченої електроенергії у процесі інтенсифікації до кількості затраченої електроенергії у процесі ОВУЗ без інтенсифікації Зі/Зг, %.

Відношення Зі/Зг вивчали в залежності від 5 фагсгорів: замочування немитої вовни Z (0-15 хв.); віджиму О (70-200); омагнічування F (0-3000 Е); концентрації MPC Смрс (0-12 г/л); упорску вання миючого розчину у зону' кавітації V (+,-). Задача була вирішена за допомогою повного факторного планування експерименту' типу 25 і регресійне рівняння має вид:

3,/32 = 78,461 - 0,0052F + 0,10 - 0,823Смрс - 0,275Z - 3,75V (3)

Аналіз отриманого рівняння регресії показує, що усі фактори істотно впливають на енерговитрати процесу ОВУЗ у наступній послідовності: F,

О, Смрс, Z, V.

Встановлено що омагнічування водних розчинів (Н=3000 Е) сприяє скороченню електровитрат у технології ОВУЗ на 10 %.

Попереднє замочування вовни з наступним віджимом дозволяє знизити витрату електроенергії на 5%.

Використання трьох компонентної миючої композиції на основі MPC, аніоноактивних і неіоногешшх препаратів дозволяє знизити енерговитрати ОВУЗ на 12,5 %.

Впорскування концентрованого миючого розчину в зону очищення зменшує втрати акустичної енергії у процесі ОВУЗ на 7,5 %.

Інтенсифікація процесу ОВУЗ усіма запропонованими способами дозволяє скоротити втрату електроенергії на 37,5 % і знизити втрати миючих речовин на 28,3 %.

Експериментальні дослідження складу забруднень вовни, що видаляються у процесі ОВУЗ, показали що мінеральні забруднення, які мають слабкий зв'язок з волокном видаляються до 85 % у першу7 чергу

протягом 6-7 с., після чого волокно вовни протягом 18-20 с. очищається від жирових забруднень (рис. 6).

20-

є4-

40 Н

с.

-й 60

80

Час очишсшш, с.

Рпс.6. Кінетика видалення забруднень з вовни в процесі ОВУЗ

Практичне використання цієї закономірності дозволить значно збільшити ефективність роботи сепараторів і вихід вовняного жиру, а також здешевити технологію виробництва ланоліну, очищення стічних вод, мийки підсортувань, вікласировок, клюнкера, вовни на фабриках ватяного взуття.

У підрозділі 3.5 подана розробка технологічних режимів процесу ультразвукового очищення вовни.

Технологія ОВУЗ дозволяє модернізувати традиційні вовномийні барочні агрегати шляхом встановлення магнітострикційних перетворювачів і форсунок, що упорскують ПАР у промивні ванни. Технологічна схема дії ультразвукової миючої машини подана у двох варіантах. Перший варіант представляє принципову схему повного очищення вовни з утилізацією вовняного жиру. Другий варіант технологічного режиму ОВУЗ розроблено для вимог підприємств, де вовняний жир видаляти не потрібно. Продуктивність ультразвукової миючої машини залежить від розміру вихідної потужності ультразвуку і може варіюватися в широких межах, із розрахунку, що на повне очищення 1 т сухої митої вовни

итрачасться 255 кВг електроенергії, відповідно до розрахунків апроггоіювамої технології.

Захист обслуговуючого персоналу від акустичного впливу досягається зляхом нанесення на стінки ванни шару спіненого барієво-боратного скла 5-7 мм), же повністю відбиває ультразвукові хвилі.

У підрозділі 3.6. проведена оцінка економічної й екологічної фективносгі застосування технології очищення вовняного волокна з икорисганням ультразвуку.

Застосування ультразвуку в процесі очищення вовни дозволило низити витрати по трьом статтям калькуляції собівартості продукції:

1. хімічні матеріали і ПАР;

2. паливо для технологічних цілей;

3. фабричні витрати.

Очікуваний економічніш ефект застосування запропонованої ехнології очищення тонкої овечої вовни становить 151,5 грн./ІООО кг итого волокна, що складає 44,9 % витрат від собівартості традиційного пособу очищення вовняного волокна в барочшгх агрегатах.

Екологічна ефективність впровадження пропонованої технології чищення обумовлена скороченням витрати хімічних і миючих речовин, ількості стічних вод, а також знезаражуванням вовняного волокна і ромивних вод внаслідок акустичного впливу.

ВИСНОВКИ

. Розроблено технологію ОВУЗ; отримано модель процесу, визначені оптимальні умови очищення вовняного волокна: інтенсивність

ультразвук}' - 0,6-2,5 Вт/см2, температура миючого розчину' - 75 °С, модуль ванни - 50, концентрація ПАР - 1 г/л, відношення маси волокна до потужності ультразвуку - 4,5 кг/кВт-год., час очищення - 25 с. Виробничі випробування технології ОВУЗ на ВАТ "Волжская шерстепрядильная фабрика" проведені з позитивним результатом. Економічний ефект становить 151,5 грн. на 1000 кг митої вовни.

Вперше обгрунтовано та встановлено оптимальне значення критерію інтенсивності процесу ОВУЗ - відношення маси оброблюваної вовни до потужності ультразвукових хвиль - 3-4,5 кг/кВт-год. Встановлена

закономірність дозволила моделювати процес ОВУЗ.

Встановлено, що ультразвукове очищення не зменшує міцності вовняного волокна, тоді як після очищення традиційними способами міцність волокна знижується на 15-26 %.

4. Вивчено вплив на ефективність процесу ОВУЗ омагнічування миючих розчинів, замочування і віджиму волокна, упорскування концентрованого миючого розчину в зону очищення, трьохкомпонентної миючої композиції на основі аніоноактивних, неіоногенних препаратів і морської солі. Показано, що комплексне застосування дашк чинників, дозволяє знизити енерговитрапи процесу на 37,5 %, виграти ПАР - на 28,3 %, води - на 73 %.

5. Експериментально встановлено, що у процесі ОВУЗ у першу чергу', видаляються переважно мінеральні, а потім - жирові забруднення вовни. Використання цієї закономірності дозволить здешевити технологію виробництва ланоліну й обробки вовняного волокна

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ ГСЕОТїї НАДРУКОВАНІ

1. Костылев П.В., Иванова ТВ. Определение параметров и анализ способов очистки асканийской шерсти // Вестник ХГТУ.-1997.-№2.-С.229-233.

2. Костылев П.В. Интенсификация очистки шерстяного волокна ультразвуком П Проблемы лёгкой и текстильной промышленности Украины-1999. -№2. -С. 107-109.

3. Костылев П.В., Сарибеков Г.С. . Интенсификация очистки шерстяного волокна ультразвуком // Сб. материалов Всеукраинской конференции "Проблемы текстильной и лёгкой промышленности на пороге нового века".- Херсон,-1999.-С.57-58.

4. Костылев П.В., Сарибеков Г.С. Мойка шерсти в морской воде // Проблемы лёгкой и текстильной промышленности Украины.-1998.-№1 .С. 142-146.

5. Костилєв П.В., Сарібеков Г.С., Короленко A.B. Інтенсифікація очищення волокна з вовни // Вісник ТУ Поділля. - 2000,-Л»1.-С.41-43.

6. 6. Короленко A.B., Костилєв П.В. Звукоізоляція акустичного обладнання в текстильній промисловості II Вісник ТУ Поділля, - 2000.- №3.-С. 100101.

7. Костылев П.В., Сарибеков Г.С. Разработка технологического режима процесса очистки шерсти ультразвуком // Проблемы лёгкой и текстильной промышленности Украины,-2000,- №3.- С.69-71.

АНОТАЦІЯ

Костилєв П.В. Розробка технології очищення вовняного волокна із застосуванням ультразвуку. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 - технологія текстильних матеріалів. -

Херсонський державшій технічний університет, 2000.

У дисертації наведено результати комплексних теоретичних і

експериментатьних досліджень, пов'язаних з очищенням вовняного

волокна, впливом фізичних чинників на ерозійну' активність кавітації й ефективність ультразвукового очищення вовки. Теоретично обгрунтовано і експериментально підтверджено вибір індивідуальних поверхнево-активних речовіїн і їхніх композицій для проведення процесу ультразвукового

очищення вовни. Експериментально знайдено оптимальні умови очищення.

Розроблено технологію очищення вовни ультразвуком, яка

відрізняється раціональним і ефективним використанням матеріальних

ресурсів, та забезпечує випуск якісної вовни з необхідними споживчими властивостями.

Ключові слова: ультразвукове очищення, поверхнево-активні

речовини, кавітація, первинна обробка вовни.

АННОТАЦИЯ

Костылев П. В. Разработка технологии очистки шерстяного волокна с использованием ультразвука. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 - технология текстильных материалов. -Херсонский государственный технический университет, 2000.

Диссертация посвящена вопросам создания ресурсосберегающих

технологий в области первичной обработки шерсти.

В работе приводятся результаты комплексных теоретических и экспериментальных исследований, связанных с очисткой шерстяного волокна, влиянием физических факторов на эрозионную активность кавитации и эффективность ультразвуковой очистки

Изучена зависимость величин эрозионной активности кавитации и скорости затухания ультразвука от отношения массы шерстяного волокна к мощности ультразвука, загрязнений шерсти, моющих растворов. Установлено, что технологически оптимальное отношение массы волокна к

мощности ультразвука соответствует 3-4 кг/кВт-час, при котором эрозионная активность кавитации позволяет проводить очистку, а поглощение ультразвука - значительно.

УЗОШ целесообразно проводить с использованием ПАВ, характеризующихся незначительным акустическим поглощением, тогда как использование мыльно-содового раствора, обладающего высоким поглощением, нецелесообразно. .

Несмотря на некоторое повышение поглощения ультразвука в растворе морской соли, эрозионная активность кавитации возрастает на 33%, вследствие чего УЗОШ целесообразно проводить в морской воде.

Изучено влияние на качество и себестоимость процесса УЗОШ следующих технологических факторов: модуль ванны, концентрация

моющих веществ, температура моющего раствора, время очистки, величина отношения массы обрабатываемого волокна к мощности ультразвука, интенсивность ультразвука; получена модель процесса Анализ модели показа!, что качественная очистка шерстяного волокна при минимальных денежных затратах возможна при следующих условиях: температура

моющего раствора 75 °С, отношение массы волокна к мощности ультразвука 4 кг/кВт-час, концентрация неонол АФ9-10 1 г/л, модуль ванны 50, время очистки 25 мин., интенсивность ультразвука <2,5 Вт/см2

Установлено, что в процессе УЗОШ в первую очередь, преимущественно, удаляются минеральные загрязнения, имеющие более слабую связь с волокном, затем - жировые. Этот факт очень важен при проектировании моечного акустического оборудования на производствах, где шёрстный жир удалять не требуется, а также на предприятиях, специализирующихся на производстве ланолина.

Исследовано влияние УЗО, а также традиционных способов мойки шерсти на прочностные показатели волокна Установлено, что при обработке в химически нейтральных средах прочность волокна обратно зависит от степени набухания, что обусловлено ослаблением солевых связей макромолекул кератина вследствие гидролиза. Показано, что ультразвуковая очистка способствует сохранению прочности шерстяного волокна, тогда как при очистке традиционными способами прочность волокна снижается на 15-26%.

Теоретически обоснован и экспериментально подтверждён выбор индивидуальных ПАВ для проведения процесса ультразвуковой очистки шерсти (УЗОШ). Изучено влияние морской соли на моющие свойства ПАВ в процессе УЗОШ. Рекомендованы моющие составы на основе сульфоната натрия, неонолов АФ9-8, -9, -10 и морской соли.

Изучено влияние на эффективность процесса УЗОШ следующих интенсифицирующих факторов: предварительное замачивание' шерсти с последующим отжимом, омагничивание воды, впрыскивание концентрированного раствора моющих композиций непосредственно в зон)’ очистки; получена регрессионная модель процесса Установлено, что комплексное применение данных факторов позволит снизить элекгрозатраты процесса УЗОШ на 35 %, расход ПАВ - на 28,3 %, расход воды - на 73 %, увеличить отношение Popt до 4,5 кг/кВт-час.

Разработаны технологические схемы процесса УЗОШ. Производственные испытания на ОАО "Волжская шерстопрядильная фабрика" проведены с положительным результатом. Экономический эффект составляет 151,5 грн./ЮОО кг мытой шерсти.

Ключевые слова: ультразвуковая очистка, поверхностно-активные

вещества, кавитация, первичная обработка шерсти.

SUMMARY

Kostylev P.V. Process design of purifying woollen fibres by ultrasonic. -Manuscript.

Dissertation for the degree of the Candidate of Technical Sciences on the specialty 05.19.03 - technology of textile materials. - The Kherson state technical university, 2000.

Results of all-inclusive theoretical and experimental researches connected with purifying woollen fibres, physical influence on erosive activity cavitation, efficiency of ultrasonic purifying are instanced in the dissertation.

Individual superficial-active substances selection and their compositions for ultrasonic purifying of wool are validated theoretically and experimentally. Favourable purifying conditions have been developed by error and trial stady.

A techniqul for ultrasonic purifying of wool by rational and effective use of resources and ensuring accredited wool production wilh essential consumptive properties has been developed.

Key words: ultrasonic purifying, superficial-active substances, cavitation, primary wool processing.